JP6900977B2 - 方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents
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Description
しかしながら、この技術を適用していく過程で、鉄損が悪化するという課題が新たに認められた。この原因は、最終製品板の粒径が粗大となるためと考えられた。
<実験1>
質量%で、C:0.020%、Si:3.08%、Mn:0.26%、および質量ppmで、N:18ppm、sol.Al:36ppm、S:11ppmおよびSe:20ppmを含有する鋼スラブを、連続鋳造にて製造し、1220℃で30分均熱するスラブ加熱を施したのち、熱間圧延により2.2mmの厚さに仕上げた。ついで、乾燥窒素雰囲気中にて1025℃で30秒の熱延板焼鈍を施した。この際、昇温過程において、常温から400℃に到達するまでの昇温速度を75℃/sとし、引き続き400℃から900℃に到達するまでの時間を50秒とした。熱延板焼鈍後、酸洗にて表面のスケールを除去したのち、冷間圧延により0.23mmの最終板厚に仕上げた。さらに、最終板厚に仕上げた鋼板に、50%H2-50%N2、露点50℃の湿潤雰囲気中にて850℃で120秒の脱炭を伴う一次再結晶焼鈍を施した。その後、MgOを主体とする焼鈍分離剤を塗布してから、二次再結晶焼鈍を施し、製品板とした。
得られた磁束密度B8と鉄損W17/50を図1(a)、(b)に示す。
同図に示したとおり、磁束密度B8はどの条件もほぼ同等であったが、鉄損W17/50は条件Cが最も低く良好であることが判明した。
質量%で、C:0.070%、Si:3.45%、Mn:0.15%、および質量ppmで、N:20ppm、sol.Al:34ppmおよびS:25ppmを含有する鋼スラブを、連続鋳造にて製造し、1260℃で45分均熱するスラブ加熱を施したのち、熱間圧延により2.0mmの厚さに仕上げた。ついで、N2雰囲気中にて1050℃で90秒の熱延板焼鈍を施した。この際、昇温過程において、常温から400℃に到達するまでの昇温速度を100℃/sとし、引き続き400℃から900℃に到達するまでの時間を70秒とした。熱延板焼鈍後、酸洗にて表面のスケールを除去したのち、冷間圧延により0.20mmの最終板厚に仕上げた。さらに、最終板厚に仕上げた鋼板に、60%H2-40%N2、露点55℃の湿潤雰囲気中にて840℃で90秒の脱炭を伴う一次再結晶焼鈍を施した。その後、MgOを主体とする焼鈍分離剤を塗布してから、二次再結晶焼鈍を施し、製品板とした。
得られたサンプルの磁束密度B8と鉄損W17/50をJIS C 2550に記載の方法で測定した。
得られた磁束密度B8および鉄損W17/50をN2の切り替えタイミングで整理した結果を、図2(a)、(b)に示す。なお、N2からAr雰囲気への切り替えタイミングは、一次均熱期間(すなわち本実験では50時間)におけるN2雰囲気焼鈍期間の割合で評価した。
その結果、図2に示したとおり、N2雰囲気割合が、10%以下の場合は磁束密度B8および鉄損W17/50とも大きく劣化する一方、90%を超えると磁束密度B8は同等であったが、鉄損W17/50が悪化する結果となった。
本発明は上記の知見を基にさらに鋭意研究を重ねて完成したものである。
1.質量%で、C:0.002〜0.100%、Si:1.5〜4.5%およびMn:0.02〜1.00%を含有し、質量ppmで、S,NおよびSeをそれぞれ50ppm以下、sol.Alを100 ppm未満に抑制し、残部はFeおよび不可避的不純物の組成からなる鋼スラブを、1300℃以下の温度に再加熱後、熱間圧延により熱延板としたのち、熱延板焼鈍を施し、ついで1回の冷間圧延により最終板厚の冷延板とし、ついで該冷延板を一次再結晶焼鈍後、鋼板表面に焼鈍分離剤を塗布してから、二次再結晶焼鈍を行う方向性電磁鋼板の製造方法において、
上記熱延板焼鈍における均熱温度を950℃以上とし、その昇温過程において室温から400℃までの温度域を50℃/s以上の速度で昇温し、
上記二次再結晶焼鈍を、800〜950℃で5時間以上保定する一次均熱工程と、1100℃以上で2時間以上保定する二次均熱工程を有するパターンとし、さらに該一次均熱工程において、N2雰囲気で焼鈍する期間を一次均熱期間の20%以上90%以下とし、それ以外は非N2雰囲気で焼鈍することを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
まず、本発明において鋼スラブの成分組成を前記の範囲に限定した理由について述べる。なお、成分に関する「%」表示は質量%、「ppm」表示は質量ppmをそれぞれ表すものとする。
C:0.002〜0.100%
C量が0.100%を超えると、脱炭焼鈍で磁気時効の起こらない0.005%以下に低減することが困難となる。一方、C量が0.002%未満では熱間脆化が顕著となり、スラブ鋳込みや熱間圧延でのトラブルが多発する。よって、C量は0.002〜0.100%の範囲とする。好ましくは0.020〜0.070%の範囲である。
Siは、鋼の比抵抗を高め、鉄損を低減するのに必要な元素である。この効果は、Si量が1.5%未満では十分ではなく、一方4.5%を超えると加工性が低下し、圧延して製造すること困難となる。よって、Si量は1.5〜4.5%の範囲とする。好ましくは2.5〜4.0%の範囲である。
Mnは、鋼の熱間加工性を改善するために必要な元素である。この効果は、Mn量が0.02%未満では十分ではなく、一方1.00%を超えると製品板の磁束密度が低下するようになる。よって、Mn量は0.02〜1.00%の範囲とする。好ましくは0.04〜0.30%の範囲である。
すなわち、所定の成分調整がなされた溶鋼を、通常の造塊法もしくは連続鋳造法で鋼スラブとする。前述した添加成分については、途中工程で加えることは困難であるので、溶鋼段階で添加することが望ましい。鋼スラブは、通常の方法で加熱して熱間圧延に供される。本発明の成分系では、AlやNが低減されているため、これらを固溶させるための高温加熱を必要とせず、1300℃以下の低温とすることができ、これによりコスト低減が達成される。なお、加熱温度の下限は1100℃程度が好適である。
さらに、鋼中のSi3N4析出物からAlN析出物への置換を確実とするために、熱延板焼鈍における均熱温度を950℃以上とすることも不可欠である。均熱温度は望ましくは、1000℃以上1100℃以下である。1000℃未満では析出物の置換が十分でなく、磁性が劣化する可能性がある。一方、1100℃超では二次再結晶が不安定となる可能性がある。
加熱方法については特に制限はないが、50℃/s以上の昇温速度を達成させるためには、従来のヒーターやバーナーによる加熱方法の他、誘導加熱方法や通電加熱方法が考えられる。
ここに、二次再結晶焼鈍は、800〜950℃で5時間以上保定する一次均熱工程と1100℃以上で2時間以上保定する二次均熱工程を有するものとし、さらに一次均熱工程において、N2雰囲気で焼鈍する期間を一次均熱期間の20%以上90%以下とし、それ以外は非N2雰囲気で焼鈍する、すなわち非N2雰囲気で焼鈍する期間は一次均熱期間の10%以上80%以下とすることが重要である。
鋼板を積層して使用する場合には、鉄損を改善するために、平坦化焼鈍前もしくは後に、鋼板表面に絶縁コーティングを施すことが有効である。この場合、鋼板に張力を付与できるコーティングとすることが鉄損低減の面で望ましい。このとき、バインダーを介した張力コーティング塗布方法や物理蒸着法や化学蒸着法により無機物を鋼板表層に蒸着させコーティングとする方法を採用すると、コーティング密着性に優れ、かつ著しい鉄損低減効果があるため望ましい。
C:0.015%、Si:2.78%、Mn:0.04%、sol.Al:50ppm、N:27ppm、S:9ppmおよびSe:40ppmを含み、残部はFeおよび不可避的不純物の組成からなる鋼スラブを、連続鋳造にて製造し、1170℃でスラブ加熱後、熱間圧延により1.6mmの厚さに仕上げた。ついで、90vol%N2+10vol%CO2、露点40℃の雰囲気中にて975℃で80秒の熱延板焼鈍を施した。その際、昇温過程において、常温から400℃に到達するまでの昇温速度を表1に示すように種々に変更した。ついで、酸洗にて表面のスケールを除去したのち、冷間圧延により0.23mmの最終板厚に仕上げた。その後、50vol%H2-50vol%N2、露点50℃の湿潤雰囲気中にて850℃で60秒の脱炭を伴う一次再結晶焼鈍を施した。さらに、MgOを主体とする焼鈍分離剤を塗布してから、900℃で40時間の一次均熱後に、H2雰囲気中にて1220℃で5時間の二次均熱を施す二次再結晶焼鈍を行った。一次均熱の際、一部はN2雰囲気とし、それ以外はAr雰囲気とし、一次均熱期間においてN2雰囲気で焼鈍する割合を表1に示すとおり種々変化させた。ただし、6-2は、Ar雰囲気の一部をさらに、H2雰囲気とした。すなわち、6-2は、一次均熱期間においてN2雰囲気が20%、Ar雰囲気が60%、H2雰囲気が20%である。また、6-3は、Ar雰囲気の一部をさらに、30vol%ArのH2雰囲気とした。すなわち、6-3は、一次均熱期間においてN2雰囲気が20%、Ar雰囲気が60%、30vol%Ar+70vol%H2雰囲気が20%である。
得られたサンプルの磁束密度B8および鉄損W17/50について調べた結果を表1に併記する。
表2に示す成分を含み、残部はFeおよび不可避的不純物の組成からなる鋼スラブを、連続鋳造にて製造し、1200℃でスラブ加熱後、熱間圧延により2.4mmの厚さに仕上げた。ついで、N2雰囲気中にて1060℃で45秒の熱延板焼鈍を施した。その際、昇温過程において、常温から400℃に到達するまでの昇温速度を100℃/sとした。ついで、熱延板焼鈍後、酸洗にて表面のスケールを除去したのち、150℃の温間圧延にて0.27mmの最終板厚に仕上げた。その後、55vol%H2-45vol%N2、露点50℃の湿潤雰囲気下の850℃で150秒の脱炭を伴う一次再結晶焼鈍を施した。さらに、MgOを主体とする焼鈍分離剤を塗布してから、920℃で30時間の一次均熱後に、H2雰囲気中にて1200℃で10時間の二次均熱を施す二次再結晶焼鈍を行った。一次均熱の際、一部はN2雰囲気としそれ以外はH2雰囲気とした。また、一次均熱期間にN2雰囲気で焼鈍する期間の割合は75%とした。
得られたサンプルの磁束密度B8および鉄損W17/50について調べた結果を表2に併記する。
Claims (4)
- 質量%で、C:0.002〜0.100%、Si:1.5〜4.5%およびMn:0.02〜1.00%を含有し、質量ppmで、S、NおよびSeをそれぞれ50ppm以下、sol.Alを100ppm未満に抑制し、残部はFeおよび不可避的不純物の組成からなる鋼スラブを、1300℃以下の温度に再加熱後、熱間圧延により熱延板としたのち、熱延板焼鈍を施し、ついで1回の冷間圧延により最終板厚の冷延板とし、該冷延板を一次再結晶焼鈍後、鋼板表面に焼鈍分離剤を塗布してから、二次再結晶焼鈍を行う方向性電磁鋼板の製造方法において、
上記熱延板焼鈍における均熱温度を950℃以上とし、その昇温過程において室温から400℃までの温度域を50℃/s以上の速度で昇温し、
上記二次再結晶焼鈍を、800〜950℃で5時間以上保定する一次均熱工程と、1100℃以上で2時間以上保定する二次均熱工程を有するものとし、さらに該一次均熱工程において、N2雰囲気で焼鈍する期間を一次均熱期間の20%以上90%以下とし、それ以外は非N2雰囲気で焼鈍し、鉄損W 17/50 が0.887(W/kg)以下の鋼板とすることを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。 - 前記一次均熱工程における非N2雰囲気をAr雰囲気とすることを特徴とする請求項1記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
- 前記一次均熱工程における非N2雰囲気をAr雰囲気とArを含むかまたはAr以外の非N2雰囲気とし、該Ar雰囲気で焼鈍する期間を前記一次均熱期間の10%以上60%以下とすることを特徴とする請求項1記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
- 前記鋼スラブが、質量%でさらに、Sb:0.01〜0.50%、Sn:0.01〜0.50%、Ni:0.005〜1.5%、Cu:0.005〜1.5%、Cr:0.005〜0.1%、P:0.005〜0.5%、Mo:0.005〜0.5%およびNb:0.0005〜0.1%のうちから選んだ1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
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